نردبان حیات

در بخش قبلی این سلسله‌مقالات، گفتیم که زمان، از منظر علم ترمودینامیک، یک کمیت برداری‌ست که با مفاهیم نظم و آنتروپی، پیوند وثیقی دارد. از طرفی مدل استاندارد کیهان‌شناسی، «مرگ ترمودینامیکی» جهان را در صورت بقای شتاب فزاینده‌ انبساط جهان، اتفاق ناگزیری در آینده تلقی می‌کند. اما تعبیر کیهان‌شناختی مکانیک کوانتوم، لحظه وقوع انفجار بزرگ را همان لحظه مرگ ترمودینامیکی جهان قلمداد می‌کند، که با شروع انبساط فضا، بستر رشد نظم و لذا تولد نخستین سازه‌های کیهانی را فراهم آورد. فرآیند تولد این نظم، هم تابعی از تعامل دنیای میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک عنوان می‌شود و با این حساب:

"... اگر بخواهیم ببینیم این دوگانگی (یعنی تصادف حاکم بر جهان میکروسکوپیک و نظم حاکم بر جهان ماکروسکوپیک)، چگونه مثل یک موتور غول‌آسا طرح نظم را در جهان هستی پیاده کرده و می‌کنند؛ بد نیست نگاه گذرایی هم به فرآیند تکامل زیستی بیاندازیم. امروزه هنوز جزئیات تولد کهکشان‌ها، ستارگان و سیارات، شاید از بابت ابعاد غیرقابل تصور و عدم دسترسی مستقیم به آنها، هنوز به قطعیت مشخص نیست؛ اما فرآیند رشد پیچیدگی حیات، مدت‌هاست که زیر نگاه تیزبین زیست‌شناسان به تصویر درآمده است."

نردبان حیات

اطلاعات وراثتی یک موجود زنده، از رهگذر مولکول‌های نردبانی‌شکل DNA به فرزندش انتقال می‌یابد. یک نیمه از این نردبان میکروسکوپی، میراث پدر؛ و یک نیمه هم میراث مادر است. در لحظه وقوع فرآیند لقاح، این دو نیمه در سلول اولیه به هم می‌پیوندند و داده‌های ژنتیکی والدین را به شکل یک مولکول جدید DNA بازآفرینی می‌کنند. اما پله‌های نردبان، در هیچ دو مولکول DNA عیناً شبیه به هم نیستند؛ چراکه فرآیند پیوند پله‌ها، از دید ما یک فرآیند میکروسکوپیک است و لذا تصادف نقش بارزی در آن ایفا می‌کند. زیست‌شناسان، به تغییرات تصادفی پیش‌آمده در چیدمان پله‌ها نام «جهش‌ ژنتیکی» را اطلاق کرده‌اند. یک جهش امکان دارد در هرجایی از این نردبان رخ بدهد، اما صرفاً حدود ١٠ درصد از اطلاعات ژنتیکی DNA، به درد صورت‌بندی اندام‌های جنینی می‌‌خورد و ٩٠ درصد باقیمانده، عملاً بلااستفاده خواهد ماند. پس این جهش‌ها به ندرت اثرشان را در جهان ماکروسکوپیک بر جا می‌گذارند و لذا اگرچنانچه تصادفاً این جهش‌ها بدن فرزندی را مستقیماً تحت تأثیر قرار بدهند، این فرزند، اصطلاحاً «استثنایی» خوانده خواهد شد. اما «استثنایی بودن»، همیشه هم به ضرر موجودات زنده نیست. مثلاً اگر چناچه لاک‌پشت‌های یک جزیره به قدری زاد و ولد کنند که مراتع موجود، هیچ کفاف مایحتاج غذایی‌شان را ندهد و قحطی به جان جمعیت‌شان بیفتد؛ یک لاک‌پشت استثنایی مثلاً با لاک فراخ‌تر، گرچه ممکن است در جابجایی‌اش دچار مشکل شود، اما دست‌کم با فضای بیشتری که در اطراف گردنش فراهم است، می‌تواند از درختچه‌های نسبتاً بلندتر و دست‌نخورده هم تغذیه کند و بدین‌ترتیب از این قحطی جان سالم به در ببرد. بنابراین فرزندانش هم – که اطلاعات ژنتیکی وی را به ارث می‌برند – از مهلکه می‌گریزند و رفته‌رفته با مرگ لاک‌پشت‌های قبلی از گرسنگی، این لاک‌پشت‌های جدیدند که جمعیت را از آن خود می‌کنند. اما با زاد و ولد افسارگسیخته‌ لاک‌پشت‌های جدید هم، باز مایحتاج غذایی پیرامون از دست خواهد رفت و شانس، این بار یار لاک‌پشت استثنایی بزرگ‌جثه‌تری خواهد شد که مثلاً برخلاف دیگران، در جابجایی‌اش دچار مشکل نمی‌شود و می‌تواند با نقل مکان به نواحی بکر و دوردست جزیره، بقای خودش را تضمین کند. این پدیده را به‌وضوح در تنوع لاک‌پشت‌های مجمع‌الجزایر گالاپاگوس، واقع در آمریکای مرکزی می‌توان دید؛ به‌طوریکه لاک‌پشت‌های جزایر مرطوب و سرسبز، دارای گردن‌های کوتاه؛ و لاک‌پشت‌های جزایر خشک‌تر، دارای گردن و دست و پاهای کشیده‌تر، و نیز لاک فراخ‌تر هستند.

بالطبع ازآنجا که «جهش»، یک فرآیند تصادفی‌ست، احتمال وقوع چنین جهش‌های مفیدی با احتمال وقوع جهش‌های ظاهراً مضرّی مثل نابینایی، سستی لاک و ... هیچ تفاوتی نمی‌کند، و معیار سومندی‌شان را محیط تعیین می‌کند. به‌همین‌‌واسطه هم این فرآیند سازگاری را اصطلاحاً «انتخاب طبیعی» می‌نامند. پس در اغلب موارد، طبیعت و جمعیت، عوامل تعیین‌کننده‌ی بقای یک موجود زنده به شمار می‌روند. اما گاهی هم می‌شود که هر دوی این دو عوامل، تحت تأثیر فجایع طبیعی‌ای نظیر یخبندان‌های بزرگ، برخوردهای شهابسنگی، فعالیت‌های وسیع آتشفشانی و ... دچار دگرگونی‌های فاحشی می‌شوند و اینجاست که جهش‌ها یک‌تنه مسیر تکوین حیات را تعیین می‌کنند؛ به‌طوریکه رشد نظم، ناگهان سرعت می‌گیرد و در مدت‌زمان نسبتاً کوتاهی، جانداران به مراتب پیچیده‌تر از پیش و از آن مهم‌تر، «غیرقابل پیش‌بینی» ظهور می‌کنند.

نمونه‌ بارز این رخداد، ٥٤٢ میلیون سال پیش و در جریان انقراض نسل بزرگ ادیاکاران (Ediacaran) به وقوع پیوست. گرچه شواهد فسیلی مربوط به آن دوران، به قدری مبهم و کمیاب است که زمین‌شناسان هنوز راجع به چگونگی وقوع این انقراض نسل گسترده به توافق قطعی نرسیده‌اند؛ اما نکته‌ای که همه بر درستی‌اش متفق‌القول‌اند، رشد ده‌برابری تنوع گونه‌های زیستی و ظهور جانداران شگفت‌انگیزی مثل «تریلوبیت»‌ها بود؛ به‌طوریکه زیست‌شناسان به این دوران، اصطلاحاً عنوان «انفجار کامبرین» (Cambrian Explosion) را اطلاق کرده‌اند (کامبرین و ادیاکاران، نام‌هایی‌ست که زمین‌شناسان به دو دوران از عمر زمین اطلاق می‌کنند و «انفجار»، اشاره به رشد بی‌سابقه تنوع گونه‌های زیستی دارد). از آن پس بود که با شیوع جمعیت مهره‌داران دریایی، زمینه تشکیل فسیل‌ها هم فراهم آمد و امروزه زیست‌شناسان به کمک همین شواهد، از وجود پنج انقراض نسل گسترده در طول تاریخ اخیر سیاره‌مان خبر داده‌اند؛ که پیوسته بر پیچیدگی چهره‌ی حیات زمین افزودند. آخرین انقراض نسل بزرگ زمین، رخداد کرتاسه-ترشیاری (Cretaceous-Tertiary) بود که ٦٥ میلیون سال پیش رخ داد. در آن دوران، دایناسورها که حکمرانان بلامنازع سیاره‌مان بودند، در پی برخورد شهابسنگ نسبتاً بزرگی به شبه‌جزیره یوکاتان امروزی در خلیج مکزیک؛ و تغییر اقلیم شدید و یخبندان وسیعی که از پی‌اش آمد، از میان رفتند و صرفاً پستانداران کوچک و کم‌جمعیت آن دوران، با پناه بردن به حفره‌های طبیعی زمین و رشد و نما در محیط گرم‌شان توانستند از مهلکه یگریزند. همین انقراض نسل بزرگ، برای تغییر موازنه‌ جمعیتی از خزندگان به نفع پستانداران کفایت کرد.

دنیای وسیع ذره‌ها (جمع‌بندی این سلسله‌مقالات)

رشد پیچیدگی حیات، اشکال جدید ماده را از جهان تصادفی ذرات زیراتمی در سنوات نخست تکوین کیهان دور و دورتر کرد و به‌ واسطه‌ رشد نسبی همین قطعیت نیز ما (به عنوان محصول فرآیند رشد نظم)، زمان را به شکل یک خط مستقیم – همانند مسیری که در آن داستان پیش می‌رود – درک می‌کنیم؛ حال‌آنکه مثلاً ذرات زیراتمی، چنین برداشتی از زمان ندارند. یک الکترون، که از دید ما حرکاتش کاملاً تصادفی‌ست، اصلاً آینده یا گذشته را «نمی‌فهمد». پس جمله «الکترون، می‌تواند همزمان در چند جا حضور داشته باشد»؛ از آنجایی برایمان عجیب جلوه می‌کند که ما - به عنوان یک شئ ماکروسکوپیک و پیچیده - برخلاف الکترون، مفهوم «همزمان» را متوجه می‌شویم. با این‌حساب الکترون، «جا» را چگونه تعریف می‌کند.

با نظر به مثالی که در مقاله‌ «راز ژرف ماده» مطرح کردیم، اگر از دید یک الکترون صحنه‌ به‌ثمر رسیدن گل را در جریان یک بازی فوتبال ببینیم، زمان معنای متعارفش را از دست خواهد داد و لذا هنگامی که فوتبالیست پای خودش را به توپ نزدیک کرده تا ضربه را بزند، یک نمای ثابت – مثل یک عکس – از آن صحنهْ پیش روی ماست. از الکترون می‌پرسیم: توپ به کجا خواهد رفت؟ خواهد گفت: "توپ به همان جایی می‌رود که خواهد رفت". این جمله واقعیت محض است و توپ از دید الکترون، در تمام نقاطی که از دید ما «ممکن» است حضور داشته باشد؛ «حقیقتاً» وجود دارد. توپ، هم درون دروازه است و هم بیرون آن؛ درست مثل الکترونی که می‌تواند همزمان از دو شکاف بگذرد و یک الگوی تداخلی با خودش بسازد. اگر ما بخواهیم به سبک خودمان سرنوشت توپ را معیّن کنیم، چاره‌ای جز تعیین جهت زمان نداریم. در اینصورت، توپ فقط به همان سمتی می‌رود که شرایط اولیه و قوانین فیزیک کلاسیک برایش مشخص کرده‌اند. پس اجسام ماکروسکوپیک – که مفهوم «جهت زمان» برای‌شان صدق می‌کند – تابع موج الکترون را هم به‌نحوی «فروپاشیده» درک خواهد کرد؛ چراکه به محض تعیین جهت زمان، الکترون خواهد گفت: "توپ به همان سمتی رفته که تو دیدی".

درست مثل دوست ما که در جریان داستان مین و چکش نبود (داستانی که در مقاله «نظم جهان و پیکان زمان» مطرح کردیم)، و لذا با شنیدن ماجرا ناگهان ذهنش محدود به تنها یک خبر قطعی شد؛ الکترون هم به محض تماس با یک جسم ماکروسکوپیک (مثلاً ابزارآلات محاسباتی ما)، تنها یک چهره (که ما به شکل «ذره» درک‌اش می‌کنیم) از خودش نشان خواهد داد. آیا این بدین‌معناست که الکترون «نمی‌دانسته» در کجاست و در واقع ما مکان واقعی‌اش را به او نشان داده‌ایم؟ خیر؛ پاسخ این پرسش، در توجیهی نهفته که تعبیر کیهان‌شناختی نظریه کوانتوم برای آزمایش ویلر (که ناقض اصل علیت بود و در مقاله‌ «شعبه‌های زیراتمی» تشریح‌اش کردیم) ارائه می‌کند.

طبق این تعبیر، وقتی تفنگ الکترونی را فعال می‌کنیم، الکترون همزمان در کلیه‌ نقاطی که فاصله‌ی بین تفنگ و حسگر را پر کرده حضور خواهد داشت. «همزمان» از این بابت که الکترون اصلاً «جهت زمان» را نمی‌فهمد؛ و «همه‌جا» هم از این بابت که دستگاه مختصات مطلقی را نمی‌شناسد که نسبت به آن، یک «جا» را برای خودش معرفی کند. او به‌واسطه‌ کمبود «اطلاعات»اش (از دید ما)، تا حد زیادی تحت سلطه تابع موج جهان است و این تابع موج هم، طبق اصل قوی کیهان‌شناختی، نمی‌تواند یک نقطه یا جهت خاص از سایر نقاط و جهات جهان را «تمیز» بدهد. پس مکان، و همچنین جهت زمان، تنها برای اجسام ماکروسکوپیک، که حامل «اطلاعات» – به‌معنای توان تمیز یک چیز از چیز دیگر – هستند، قابل درک است. الکترون، بازه‌ی زمانی‌ای که حین عبور از شکاف اول، تا رسیدنش به حسگر طی شده را مثل ما نمی‌فهمد؛ چراکه او همزمان در تمام نقاطی که تفنگ الکترونی به وی اجازه حضور می‌دهد (از جمله پشت شکاف بسته) وجود دارد (و به‌همین‌واسطه ما آن را به‌شکل «موج» درک می‌کنیم). به عبارت دیگر، الکترون ذاتاً یک «ذره» (با مکانی متعیّن) نیست؛ بلکه سوپرپوزیشنی‌ست که در حدفاصل تفنگ الکترونی تا سطح حسگر امتداد یافته و ما با گشودن شکاف دوم، بر وسعت آن می‌افزاییم. لذا این الکترون نبوده که فهمیده ما شکاف را گشوده‌ایم؛ بلکه این ما بوده‌ایم که با گشودن شکاف، پایش را به آنجا هم کشانده‌ایم! پس تعبیر کیهان‌شناختی نظریه کوانتوم می‌گوید ازآنجاکه یک الکترون را بایستی به جای «ذره»، یک «سوپرپوزیشن» نامید، طبیعی‌ست که به محض گشودن شکاف، در هرکجا که حضور داشته باشد، واکنش نشان بدهد.

آنچه که در آزمایش مین و چکش هم اثبات می‌شود، غیر قابل پیش‌بینی بودن «آینده» است. یعنی اگر تمام پدیده‌های جهان را هم بشناسیم، نه‌تنها سقوط چکش را، بلکه امور آشنایی نظیر وقایع فردای‌مان را هم قاعدتاً «نمی‌توانیم» به قطعیت پیش‌بینی کنیم؛ چرا که جهان تحت سیطره‌ تنها یک تابع موج است و اگر مثلاً از «تابع موج چکش» سخن می‌رانیم، این بدین‌معنا نیست که چکش، تابع موج منحصربفردی برای خودش دارد؛ بلکه بدین‌معناست که اجسام ماکروسکوپیک (از جمله چکش)، به پشتوانه‌ نظمی که از اطلاعات به‌دست‌آمده طی انبساط جهان به وام گرفته‌اند و لذا «زمان‌مند» شده‌اند، تابع موج جهان را هم محدودتر از اجسام بی‌نظم‌تری نظیر الکترون‌ها درک می‌کنند. به عبارت دیگر، ما حین مواجهه با اجسام ماکروسکوپیک (که حامل اطلاعات‌اند)، فقط انعکاس کمرنگی از تابع موج مطلقاً غیرقابل پیش‌بینی جهان را در آن‌ها می‌بینم و به‌همین‌واسطه هم پیش‌بینی رفتارهای‌شان برای‌مان «تا حدودی» ممکن است. مثلاً می‌گوییم احتمال انفجار مین بعد از سقوط چکش، ۹۹ درصد خواهد بود؛ حال‌آنکه پیش‌بینی این‌که مثلاً یک الکترون تا چند ثانیه‌ آینده در کجا دیده خواهد شد، عملاًً غیرممکن است (و به‌همین‌واسطه هم ما به رفتار ذرات زیراتمی، صفت «تصادفی» را نسبت می‌دهیم). پس اگرچنانچه تمامیت جهان هستی را از دریچه تعبیر کیهان‌شناختی نظریه کوانتوم بنگریم، تابع موج واحدی را می‌بینیم که مثل مجموعه‌‌احتمالات موجود در ذهن یک نویسنده حین نگارش داستان، پیوسته در یک راستای زمانی بی‌برگشت فرومی‌پاشد و اجزای درون جهان هم – مثل یک خواننده – توان تغییر این راستا را در خودشان نمی‌بیند. مثلاً این تابع موج، به یک زبان آماری می‌گوید احتمال انفجار مین، ۹۹ درصد است؛ بدین‌معنا که اگر ۱۰۰ مین مشابه در نقاط مختلف جهان داشته باشیم، آن مینی که در «اینجا» قرار دارد، منفجر «نخواهد» شد. عدم قطعیت وقایع آینده، دقیقاً از ابهام کلمه «اینجا» نشأت ‌گرفته؛ چراکه طبق اصل قوی کیهان‌شناختی، تابع موج جهان قابلیت «تمیز» هیچ نقطه‌ای از جهان را نسبت به سایر نقاطش ندارد. از این‌رو سرنوشت هر لحظه از جهان، به‌نحوی که از دید ما مطلقاً «غیرقابل پیش‌بینی» می‌نماید، رقم خواهد خورد.

چنین توصیفی از جهان هستی، دقیقاً برخلاف نگرش دانشمندانی‌ست که جهان را یک ماشین قطعی و قابل پیش‌بینی می‌دانند و در رأس‌شان نام «سیمون دو لاپلاس» (Simon de Laplace)؛ ریاضیدان و اخترشناس فرانسوی سده‌ی هجده به چشم می‌خورد. از همین‌رو چنین نوعی از قطعیت و اطمینان به آینده را به اصطلاح «جبر لاپلاسی» می‌نامند. تعبیر کیهان‌شناختی نظریه کوانتوم، مفهوم دیرپای جبر لاپلاسی را از پیش رو برمی‌دارد و نشان می‌دهد که آینده را به‌هیچ عنوان نمی‌شود از روی شرایط حال، به قطعیت پیش‌بینی کرد (کمااینکه مسیر تکوین حیات را نمی‌توان به قطعیت پیش‌بینی کرد). از این رو مفهوم «علیت» (Casualty) را تنها به تواتر وقایع «گذشته» می‌شود اطلاق کرد و نبایستی با نظر به «آینده»، آن را به «موجبیت» (Determinism) تسرّی داد؛ چراکه در اینصورت، علی‌رغم تصور معمول، اتفاقاً از قوانین فیزیک تخطی کرده‌ایم.

*

رویهمرفته، تعبیر کیهان‌شاختی مکانیک کوانتوم را بایستی نه یک نظریه‌ جدید فیزیکی، بلکه منطقی برای همگرایی و وفاق نظریات مختلف علوم پایه دید. در انتهای مصاحبه‌ای که دو سال پیش با پروفسور دیوید لیزر، واضع این تعبیر داشتم، از او راجع به همین هماهنگی حوزه‌های مختلف علوم پایه در بستر این تعبیر پرسیدم و او پاسخ داد:

"اشاره‌ی‌ کاملاً درست و هوشمندانه‌ای داشتی که هدف من، احداث پلی میان حوزه‌های مختلف علوم فیزیک و زیست‌شناسی، زیست‌شناسی و فرهنگ، و همچنین فرهنگ و شناخت انسان بوده. اما من، به این هم عمیقاً معتقدم – و موضوع کتاب فعلی‌‌ام را هم شکل داده – که «علوم طبیعی» (یعنی فیزیک + زیست‌شناسی + روان‌شناسی)، ذاتاً دچار محدودیت‌اند. نمی‌توانند شرحی کامل از واقعیتْ به دست‌مان بدهد و به قول ویتگنشتاین، «از چیزی که نتوان درباره‌اش سخن گفت، بایستی به سکوت درگذشت»".

در همین زمینه:

بخش اول: راز ژرف ماده

بخش دوم: شعبده‌های زیراتمی

بخش سوم: در تکاپوی توضیح «هیچ»

بخش چهارم: نگاهی به جهان کسالت‌بار یک کیهان‌شناس

بخش پنجم: نظم جهان و پیکان زمان

 توضیحات تصاویر:

۱ - فسیل دو «تریلوبیت»؛ از گونه‌‌های مولود «انفجار کامبرین»، که در حدود ۲۵۵ میلیون سال پیش منقرض شد / Corbis

 ۲ - نمودار تنوع گونه‌های زیستی (شامل پستانداران، خزندگان، پرندگان و ...) در طول زمان؛ طی دوران فانروزوئیک (پیرازیستی) که از ۵۴۵  میلیون سال پیش تا به حال ادامه یافته است. چنانکه پیداست، وقوع هر انقراض نسل گسترده در سرتاسر زمین، شتاب رشد فراوانی تنوع گونه‌های زیستی را به شکل محسوسی افزایش داده است. یک انقراض نسل، عوامل محدودکننده‌ی رشد تنوع حیات (از جمله جمعیت و محیط) را به شدت دگرگون می‌کند و سکّان حیات را به‌دست جهش‌ها می‌سپارد تا گونه‌های زیستی، یکی پس از دیگری به زمین معرفی شوند / منبع: Rohde, R.A., and Muller, R.A. (March 2005). "Cycles in fossil diversity". Nature 434 (7030): 208–210